HIR323C 5mm赤外線LEDデータシート - 直径5mm - 順方向電圧1.45V - 波長850nm - 許容損失150mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

HIR323Cは、ウォータークリアプラスチックレンズを備えた標準T-1（5mm）パッケージに収められた高強度赤外線発光ダイオードです。このデバイスは、赤外線センシングおよび通信システムにおいて信頼性の高い性能を発揮するように設計されています。そのスペクトル出力は、一般的なシリコンフォトトランジスタ、フォトダイオード、および赤外線受信モジュールとの互換性を確保するために特別にマッチングされており、システム効率を最適化します。この部品の主な適用分野は、リモコン、物体検知、近接センシング、光スイッチなどを含む可能性のある赤外線応用システム内です。

1.1 中核的利点とターゲット市場

この赤外線LEDの主な利点は、その設計と材料選択に由来します。効率的な赤外線発光で知られるGaAlAs（ガリウムアルミニウムヒ素）チップ材料を採用しています。このパッケージは高い放射強度を提供し、強力な信号伝送を可能にします。重要な特徴は、低い順方向電圧であり、最終アプリケーションにおける低消費電力に貢献します。本製品は、鉛フリー、RoHS指令適合、EU REACH規則適合、ハロゲンフリーなど、現代の環境および安全基準に準拠するように設計されており、信頼性の高い長寿命の赤外線光源を必要とする民生電子機器、産業オートメーション、セキュリティシステムなどのグローバル市場に適しています。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、データシートに記載されている主要な技術パラメータについて、設計エンジニアにとっての重要性を説明しながら、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性のあるストレスの限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 連続順方向電流（IF）：100 mA。これは、指定条件下でLEDに無期限に流すことができる最大の直流電流です。
• ピーク順方向電流（IFP）：1.0 A。この高電流は、パルス条件下（パルス幅 ≤ 100μs、デューティサイクル ≤ 1%）でのみ許容されます。非常に短い高強度パルスを必要とするアプリケーションに有用です。
• 逆方向電圧（VR）：5 V。逆バイアス方向でこの電圧を超えると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度：-40°C から +85°C（動作時）および -40°C から +100°C（保管時）の範囲です。この広い範囲により、過酷な環境下での信頼性が確保されます。
• 許容損失（Pd）：周囲温度25°C以下の場合、150 mW。これはパッケージが熱として放散できる最大電力です。実際に許容される順方向電流は、周囲温度が高くなるにつれて低下します（デレーティング）。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは標準試験条件（Ta=25°C）下で測定され、デバイスの性能を定義します。

• 放射強度（Ie）：これは単位立体角あたりに放射される光パワーであり、mW/srで測定されます。IF=20mAでの標準値は30 mW/srです。100mAでのパルス動作時には、130 mW/srに達することがあります。放射強度が高いほど、動作距離が長くなったり、信号対雑音比（SN比）が向上したりします。
• ピーク波長（λp）：850 nm（標準）。これは光出力が最大となる波長です。850nmは近赤外スペクトルに属し、人間の目には見えませんが、シリコン系センサーで効率的に検出されます。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：45 nm（標準）。これは、ピーク波長を中心として放射される波長の範囲を定義します。帯域幅が狭いほど、周囲光ノイズをフィルタリングするのに有利です。
• 順方向電圧（VF）：20mA時で1.45V（標準）、最大1.65V。100mA（パルス）時では、最大2.40Vです。低いVFは重要な効率パラメータです。
• 指向角（2θ1/2）：15度（標準）。これは放射強度が最大値（軸上）の半分に低下する全角です。狭い指向角は、より焦点の合ったビームを生成します。

3. ビニングシステムの説明

HIR323Cは、標準試験電流20mAで測定された放射強度に基づいてデバイスを分類するビニングシステムを採用しています。これにより、設計者はアプリケーションの特定の最小出力要件を満たす部品を選択できます。

• ビン P：放射強度範囲 15.0 mW/sr（最小）から 24.0 mW/sr（最大）。
• ビン Q：放射強度範囲 21.0 mW/sr（最小）から 34.0 mW/sr（最大）。
• ビン R：放射強度範囲 30.0 mW/sr（最小）から 48.0 mW/sr（最大）。

より高いビン（例：R）を選択すると、より高い最小出力が保証され、特に温度変動や製品寿命にわたって一貫したシステム性能を確保する上で重要となります。

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのデバイスの挙動を示すいくつかのグラフが含まれています。これらを理解することは、堅牢な回路設計に不可欠です。

4.1 順方向電流 vs. 周囲温度

この曲線は、周囲温度の上昇に伴う最大許容連続順方向電流のデレーティングを示しています。温度が上昇すると、パッケージの放熱能力が低下するため、最大許容損失によって定義される安全動作領域（SOA）内に留まるように電流を減らす必要があります。設計者は、予想される動作環境に適した電流制限抵抗またはドライバを選択するためにこのグラフを使用しなければなりません。

4.2 放射強度 vs. 順方向電流

このグラフは、駆動電流（IF）と光出力（Ie）の関係を描いています。一般的に非線形です。出力は電流とともに増加しますが、熱的および効率的な影響により、非常に高い電流では飽和する可能性があります。この曲線は、所望の出力レベルを達成するために必要な駆動電流を決定するのに役立ちます。

4.3 スペクトル分布

このプロットは、波長の関数としての相対放射強度を示しています。ピーク波長（λp ~850nm）とスペクトル帯域幅（Δλ）を確認します。この曲線の形状は、受信センサー（フォトトランジスタ/フォトダイオード）の分光感度曲線との互換性を確保する上で重要です。

4.4 相対放射強度 vs. 角度変位

この極座標プロットは、LEDの放射パターンを図示しています。強度は中心軸（0°）に沿って最も高く、角度が大きくなるにつれて減少します。15度の指向角は、強度がピークの50%に低下する点で定義されます。この情報は光学設計、システム内でのビーム広がりと位置合わせ許容誤差の決定に不可欠です。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法図

本デバイスは、標準的なT-1（5mm）丸型LEDパッケージ外形に準拠しています。主要寸法には、全体直径（標準5.0mm）、レンズ高さ、リード間隔（2.54mmまたは0.1インチ、標準的なPCB穴間隔）が含まれます。図面にはアノードとカソードのリードが指定されており、通常、長いリードがアノードです。指定されていない公差はすべて±0.25mmです。エンジニアは、PCBフットプリント設計および機械的クリアランスチェックのためにこの図面を参照する必要があります。

5.2 極性識別

この部品は標準的なLED極性規則を使用します：長いリードがアノード（+）、短いリードがカソード（-）です。パッケージには、カソードリード近くの縁に平らな面がある場合もあります。正しい極性は動作に不可欠です。5Vを超える逆バイアスはデバイスを損傷する可能性があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

適切な取り扱いは、デバイスの信頼性と性能を維持するために重要です。

6.1 リード成形

• 曲げ加工は、内部ダイとワイヤーボンドへのストレスを避けるため、エポキシバルブの根元から少なくとも3mm離れた場所で行う必要があります。
• 成形は常にはんだ付け工程の前に行うべきです。
• 成形中のパッケージへの機械的ストレスは、クラックや内部損傷を防ぐために最小限に抑える必要があります。
• PCB穴の位置合わせは、取り付けストレスを避けるために正確でなければなりません。

6.2 保管条件

推奨される保管環境は、30°C以下、相対湿度（RH）70%以下です。これらの条件下での棚寿命は、出荷日から3ヶ月です。長期保管（最大1年）の場合は、はんだ付け性と信頼性に影響を与える可能性のある湿気の吸収を防ぐために、窒素雰囲気と乾燥剤を入れた密閉容器に保管する必要があります。

6.3 はんだ付けパラメータ

はんだ接合部とエポキシバルブの間には、熱損傷を防ぐために最低3mmの距離を保つ必要があります。

• 手はんだ：はんだごて先端温度最大300°C（30Wごての場合）、はんだ付け時間はリードあたり最大3秒。
• フロー/ディップはんだ付け：予熱温度最大100°C、最大60秒。はんだ浴温度最大260°C、浸漬時間は5秒を超えないこと。

データシートには推奨はんだ付け温度プロファイルが提供されており、熱衝撃を防ぐための制御された立ち上がり、ピーク温度、冷却速度の重要性を強調しています。はんだ付け（ディップまたは手はんだ）は複数回行ってはなりません。はんだ付け後、デバイスは室温に冷却されるまで振動から保護する必要があります。

6.4 洗浄

洗浄が必要な場合は、室温のイソプロピルアルコールのみを使用し、時間は1分を超えないようにしてください。超音波洗浄は、高周波振動がLEDの内部構造を損傷する可能性があるため、強く推奨されません。絶対に必要な場合は、事前にプロセスを慎重に評価する必要があります。

7. パッケージングおよび注文情報

7.1 梱包仕様

デバイスは通常、静電気放電（ESD）による損傷を防ぐために、静電気防止バッグに梱包されます。一般的な梱包構成は次の通りです：バッグあたり200-500個、内箱に5袋、外箱に内箱10箱。

7.2 ラベル形式仕様

梱包のラベルには、トレーサビリティと正しい適用のための重要な情報が含まれています：

• P/N：品番（HIR323C）。
• CAT：発光強度ランク（ビンコード：P、Q、またはR）。
• LOT No：製造トレーサビリティのためのロット番号。
• その他のコードには、顧客部品番号（CPN）、数量（QTY）、日付コードなどが含まれる場合があります。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 赤外線リモコン：テレビ、オーディオシステム、その他の民生電子機器用。
• 物体/近接センシング：家電、自動販売機、産業機器における物体の有無の検知。
• 光スイッチおよびエンコーダ：赤外線ビームの遮断または反射によって位置や動きを示す用途。
• セキュリティシステム：赤外線侵入検知ビームの一部として。
• データ伝送：短距離、単方向シリアルデータリンク用（IrDA互換システムには特定のデバイスが必要な場合があります）。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：LEDは電流駆動デバイスです。常に直列抵抗または定電流ドライバを使用して、電源電圧（Vcc）、LED順方向電圧（VF）、および所望の電流から計算された順方向電流（IF）を設定してください：R = (Vcc - VF) / IF。
• 熱管理：より高い電流での連続動作や高温環境では、デレーティング曲線を考慮してください。LEDリードから熱を逃がすための十分なPCB銅面積またはその他の手段を確保してください。
• 光学的な位置合わせ：狭い15度の指向角は、最適な信号強度を得るために、エミッタと検出器の間の注意深い機械的位置合わせを必要とします。
• 周囲光耐性：周囲光が変化する環境（例：日光）で動作するシステムでは、特定の周波数で赤外線信号を変調し、その周波数に同調した受信機を使用して背景ノイズを除去することを検討してください。

9. 技術比較と差別化

多くの5mm赤外線LEDが存在しますが、HIR323Cはパラメータの組み合わせによって差別化されています。その高い標準放射強度（20mA時30 mW/sr）は、パッケージサイズに対して高性能層に位置付けます。非常に低い標準順方向電圧（1.45V）はエネルギー効率を向上させ、バッテリー駆動アプリケーションで特に価値があります。シリコン光検出器との特定のマッチングと厳格な環境基準（ハロゲンフリー、REACH）への準拠は、信頼性の高い長期的な性能を必要とする現代の環境配慮型設計に適した選択肢となります。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: このLEDを3.3Vまたは5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

A: できません。LEDは電流を制限する必要があります。MCUピンのような低インピーダンス電源に直接接続すると、過剰な電流が流れ、LEDとMCU出力の両方を破壊する可能性があります。常に電流制限抵抗またはドライバ回路を使用してください。

Q2: P、Q、Rビンの違いは何ですか？

A: これらは、保証される放射出力の異なる最小レベルを表します。ビンRは最も高い最小出力（30 mW/sr）を持ち、次にQ（21 mW/sr）、そしてP（15 mW/sr）が続きます。アプリケーションで必要な信号強度とリンクマージンに基づいて選択してください。

Q3: データシートにはピーク順方向電流1Aとあります。高電力パルスアプリケーションに使用できますか？

A: はい、ただし記載された厳格な条件下でのみです：パルス幅は100マイクロ秒以下、デューティサイクルは1%以下（例：10msごとに1回の100μsパルス）である必要があります。これにより、LEDは過熱することなく高い瞬間電力を扱うことができます。

Q4: 保管条件と棚寿命が重要なのはなぜですか？

A: プラスチックパッケージの電子部品は大気中の湿気を吸収する可能性があります。高温のはんだ付け工程中に、この閉じ込められた湿気が急速に膨張し、内部の剥離やポップコーン現象を引き起こし、パッケージをクラックさせてデバイスを破壊する可能性があります。高歩留まり製造のためには、保管ガイドラインを遵守し、必要に応じて部品をベーキングすることが重要です。

11. 実践的な設計と使用事例

事例：シンプルな物体検知センサーの設計

一般的な用途は、ビーム遮断センサーです。HIR323Cは経路の片側に配置され、フォトトランジスタ（850nmにマッチング）は真向かいに配置されます。マイクロコントローラは、5V電源から100Ω抵抗を介してLEDを駆動し、順方向電流は約（5V - 1.45V）/100Ω = 35.5mAとなります。LEDは、消費電力を節約し、マイクロコントローラ内の同期検出による周囲光除去を可能にするために、50%デューティサイクルの1kHzでパルス駆動されます。フォトトランジスタの出力はMCUのADCによって読み取られます。物体がビームを遮断すると、ADCの読み値が低下し、アクションがトリガーされます。HIR323Cの狭い15度の指向角は、明確に定義された検知ゾーンを作成するのに役立ち、ビームを通過せず近くを通る物体からの誤トリガーを減らします。

12. 原理紹介

赤外線発光ダイオード（IR LED）は、順方向バイアスをかけたときに光を放射する半導体p-n接合ダイオードです。電流がアノード（p型材料）からカソード（n型材料）に流れると、接合領域で電子と正孔が再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。放射される光の波長は、半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決定されます。HIR323Cの場合、GaAlAs材料系は、約850ナノメートルの近赤外領域の光子に対応するバンドギャップを持っています。ウォータークリアエポキシレンズはこの波長に対して透明であり、所望の放射パターン（指向角）を生成するように成形されています。

13. 開発動向

赤外線エミッタ技術の動向は、より高い効率（電気入力ワットあたりのより多くの光出力）に向かって続いており、より長い距離、より低い消費電力、またはその両方を可能にします。また、T-1のようなスルーホールタイプよりも表面実装デバイス（SMD）パッケージが自動組立でより一般的になるなど、小型化への推進もあります。統合は別の動向であり、エミッタとセンサーを組み合わせたモジュールや、内蔵信号処理を備えたインテリジェントセンサーが一般的になっています。さらに、環境規制（ハロゲンフリー要件など）への準拠および超過は、グローバル市場にサービスを提供する部品メーカーの主要な焦点であり続けています。標準的な850nmは、優れたシリコンセンサー応答と低コストのために依然として人気がありますが、かすかな赤色の発光（一部の850nm LEDに見られる）が望ましくないアプリケーションでは、940nmなどの他の波長が注目を集めています。